EP2359215A1 - Field device for determining and/or monitoring a physical or chemical process parameter - Google Patents

Field device for determining and/or monitoring a physical or chemical process parameter

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EP2359215A1
EP2359215A1 EP09756490A EP09756490A EP2359215A1 EP 2359215 A1 EP2359215 A1 EP 2359215A1 EP 09756490 A EP09756490 A EP 09756490A EP 09756490 A EP09756490 A EP 09756490A EP 2359215 A1 EP2359215 A1 EP 2359215A1
Authority
EP
European Patent Office
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supply unit
voltage
field device
microcontroller
potential
Prior art date
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EP09756490A
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German (de)
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EP2359215B1 (en
Inventor
Marc Fiedler
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Endress and Hauser Process Solutions AG
Original Assignee
Endress and Hauser Process Solutions AG
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Publication date
Application filed by Endress and Hauser Process Solutions AG filed Critical Endress and Hauser Process Solutions AG
Publication of EP2359215A1 publication Critical patent/EP2359215A1/en
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Publication of EP2359215B1 publication Critical patent/EP2359215B1/en
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/30—Means for acting in the event of power-supply failure or interruption, e.g. power-supply fluctuations
    • G06F1/305—Means for acting in the event of power-supply failure or interruption, e.g. power-supply fluctuations in the event of power-supply fluctuations
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/30—Means for acting in the event of power-supply failure or interruption, e.g. power-supply fluctuations

Definitions

  • Feid device for the determination and / or monitoring of a physical or chemical process variable
  • the invention relates to a field device for determining and / or monitoring a physical or chemical process variable in the automation technology with at least one micro-controller and with a supply unit of limited capacity as the primary supply voltage for the micro-controller.
  • the limited capacity supply unit is a battery, a fuel cell or a rechargeable battery.
  • Field devices that are used to detect and / or influence process variables are widely used in process automation technology as well as in factory automation technology.
  • Process variables are used for measuring devices, each of which has at least one sensor and one transmitter.
  • the measuring devices are level measuring devices, flowmeters, pressure and temperature measuring devices, pH redox potential measuring devices, conductivity measuring devices, etc., which record the corresponding process variables level, flow, pressure, temperature, pH or conductivity.
  • actuators such as valves or pumps, through which the flow of a liquid in a pipe section or the level can be changed in a container.
  • field devices are all devices that are used close to the process and that supply or process process-relevant information.
  • field devices are generally also those units which are connected directly to a Feidbus and serve to communicate with the higher-level units, such as remote I / Os, gateways, linking Devices and Wireless Adapters.
  • remote I / Os such as remote I / Os, gateways, linking Devices and Wireless Adapters.
  • a large number of such field devices are manufactured and distributed by the Endress + Hauser Group.
  • feeder devices are typically via feid-bus systems, such as, e.g. (Profibus®, Foundation Fieldbus®, HART®, etc. are connected to higher-level units.
  • the higher-level units are systems of units or control units, such as a PLC (Programmable Logic Controller) or a PLC (Programmable Logic Controller)
  • PLC Programmable Logic Controller
  • higher-level units are used for process control, process visualization, process monitoring and commissioning of field devices
  • the measured values acquired by the field devices, in particular sensors are transmitted via the connected bus system to one or possibly several higher-level units a data transmission from the higher-level unit via the bus system to the
  • the field device is operated via the bus system from the higher-level unit.
  • field devices are designed, for example, as radio field devices. These usually have a radio unit and a supply unit as integral
  • the radio unit and thebeingsseinhereli can be provided in the field device itself or in a permanently connected to the field device radio module.
  • the supply unit enables a self-sufficient power supply of the field device.
  • field devices without radio units - that is, the base installed today in the field - are upgraded to a radio Fefd réelle by the Ankoppiung a wireless adapter that has a radio unit.
  • microcontroller / CPUs use Schmitt-Trigger stages at their signal inputs. If a corresponding signal input is used, minor fluctuations that may occur. resulting from the scaling of the supply voltage by means of voltage dividers, only inaccurately measured. In addition, there are usually Toieranzen at the Schmitt trigger switching levels. More accurate and therefore more reliable is the early detection of a failure of the supply voltage by means of a comparator input; however, this solution is unfavorable in terms of energy consumption.
  • the invention has for its object to detect the failure of the primary supply voltage energy saving, safe and insensitive to interference.
  • a detection circuit which signals to the microcontroller a failure of the supply unit so early in the course of a detection signal that sufficient time is available to take suitable precautionary measures to prevent a loss of data Detection signal for a
  • Voltage drop of the supply voltage of the detection circuit via a circuit part to an at least approximately constant value is adjustable and the detection circuit is formed so that a required for the generation of a detection signal reference voltage has a nearly constant distance to the supply voltage and over a predetermined period of the Provision supply unit provided supply voltage adapts, and that in the case of falling below this predetermined reference voltage, a detection signal is output to the microcontroller.
  • the reference voltage is adjustable and is at a constant distance from the supply voltage which is supplied by a supply unit with a limited capacity.
  • the supply voltage is a battery voltage.
  • the switching threshold of the detection circuit corresponding to the reference voltage runs with the battery voltage. Therefore, the response of the detection circuit is largely independent of the state of the battery or the supply unit.
  • the distance between the "guf" and “bad” (fail) signal levels, ie the difference between the supply voltage and the reference voltage, is adjustable and constant during normal operation.
  • the detection circuit according to the invention has hitherto been described in connection with a field device, it can generally be used in conjunction with any devices which are supplied by a supply unit with a limited capacity.
  • An advantageous embodiment of the field device proposes a voltage converter, which is connected between the supply unit, which provides a primary supply voltage, and the microcontroller, wherein the voltage converter converts the primary supply voltage into a matched to the microcontroller secondary supply voltage.
  • a first energy store in the secondary branch be connected downstream of the supply unit or to the voltage converter, which provides the microcontroiler with sufficient energy in the event of a failure of the supply unit, so that it can take appropriate siding measures in order to prevent the loss of data.
  • the stored energy is, for example, such that the microcontroller can store data that has not yet been stored.
  • a development of the field device provides that a diode in the reverse direction is arranged in series with the supply unit or in series with the voltage converter, which, in the event that the power supply unit fails, the current flow from the first energy storage in the direction of voltage converter or in the direction of the supply unit blocks.
  • the circuit part is designed such that on the one hand it generates an at least approximately constant voltage drop and on the other hand it prevents the flow of current in the direction of the supply unit.
  • the circuit part is at least one diode or a plurality of diodes connected in series.
  • the circuit part is a series circuit consisting of a diode in the flow direction and a tens diode in the reverse direction.
  • An advantageous embodiment provides that the Schaitungsteil a second energy store is connected downstream in the secondary branch, which is charged to a predetermined potential (B) in the normal case, the potential (B) relative to the potential (A), which is applied to the input of the circuit part, is reduced by the voltage drop of the circuit part.
  • a switching element is arranged, which is controlled so that it automatically sends a signal to the Mikrokontrolier in case of failure of the power supply unit, this signals the failure of the supply unit.
  • the shaft element is preferably a p-type transistor with gate, drain and source, which blocks in the normal case, ie if the potential A is present at the gate and the potential B at the soruce and the potential A is greater than the potential B - So a p-side
  • Transistor a reverse diode is connected in the reverse direction to ground, which reduces the signal that is sent to the Mikrokontroiler to a limit that is within the specification of the microcontroller. Thus, damage to the MikrokontroHers is avoided.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the Schaitungsteils.
  • Fig. 1 necessary for a battery-powered field device components 2, 3, 4, 5 with microcontroller 6 and the detection circuit 1 are shown.
  • the detection circuit 1 can of course also a radio adapter, a so-called. Loca! Wireless adapter, be assigned.
  • the field device 7 is a device as described in detail in the introduction to the description of the present patent application.
  • the field device 7 is fed by the primary supply unit 2, which is preferably a battery. This feeds the voltage converter 3, which in turn supplies the microcontroller 6 with voltage.
  • the capacity 5 serves as an energy store and, as a buffer in the event of failure of the primary supply unit 2, ensures that the microcontroller 6 still has enough energy available to take appropriate measures for securing data that has not yet been stored.
  • the diode 4 prevents the first energy store 5, which is usually a capacitor, from discharging via the voltage converter 3. Incidentally, the interposition of a diode 4 is not necessary with all voltage converters 3, so that the diode 4 can also be omitted if necessary.
  • the detection circuit 1 consists of a resistor 1.1, a circuit part 1.2, a second energy store 1.3 with a parallel-connected resistor 1.4 in shunt, a switching element 1.5 and a Zener diode 1.6.
  • the resistor 1.1, the resistor 1.4 and the Zener diode 1.6 are used to limit the available energy such that the required explosion protection conditions are satisfied.
  • the resistor 1.4 connected in parallel with the second energy storage device 1.3 is dimensioned such that the self-discharge of the second energy storage device 1.3 can be accelerated and that the reference voltage can thus adapt more quickly to a drop in the supply voltage, provided this does not cause a failure should be interpreted.
  • the zener diode 1.6 limits the level of the detection signal, which is sent to the microcontroller 6 in the event of failure of the supply unit 2, to a limit which is within the specification of the microcontroller 6. If the level of the detection signal as such already within the specification, so the Zener diode 1.6 can be omitted.
  • the essential components of the detection circuit 1 are thus the circuit part 1.2, the second energy storage 1.3 and the switching element 1.5.
  • the circuit part 1.2 generates a constant voltage drop while simultaneously blocking the current in the direction of the supply unit 2.
  • the number or type of diodes is the desired voltage drop adjustable.
  • the circuit portion 1.2 may consist of a forward-biased diode 8 (e.g., a Si diode) and a downstream Zener diode 9, with the zener diode 9 in
  • the circuit part 1.2 may consist of a diode 10.1 or a plurality of diodes (Si diodes) 10.1, 10.2, 10.3, which are operated in the flow direction (FIG. 3).
  • the approximately constant voltage drop results essentially from the sum of the fius voltages of the diodes 10.1, 10.2, 10.3, e.g. Si diodes (Fig. 3) and from the zener voltage of the Zener diode 9 summed with the forward voltage of a diode 8 (Si diode).
  • Si diode Si diode
  • a capacitor 1.3 is charged to the potential B.
  • the potential B is lower by the voltage drop of the circuit part 1.2 than the potential A at the resistor 1.1.
  • the potential A now corresponds approximately to the supply voltage of the supply unit 2, since (almost) no current flows.
  • the Circuit can be dimensioned so that only leakage currents of capacity 1.3 occur as energy loss. Therefore, the power consumption of the detection circuit is almost zero.
  • the switching element 1.5 is a P-type field-effect transistor (PFET) 1.5, to whose gate G the potential A and to whose source S the potential B is applied.
  • the PFET 1.5 blocks under the condition that the potential A is greater than the potential B. Consequently, there is no voltage at the drain D, which is connected to the detection input 6.2 of the microcontroller 6.
  • the potential A drops because of the still connected consumers, e.g. the converter 3 relatively quickly to zero.
  • the potential B decreases only very slowly due to the
  • the voltage of the first energy store 1.3 which may be limited by the zener diode 1.6, is present. This limitation limits the input voltage at the microcontroller 6 to the max. permissible input voltage of the microcontroller 6.
  • the set voltage level which corresponds to the level of the reference voltage, is so large that the microcontroller 6 reliably detects a positive pulse or a positive edge and can respond to this "pre-power fail".
  • the response may be, for example, triggering an interrupt that starts a backup routine to write important data and parameters to a non-volatile memory.

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Abstract

The invention relates to a field device for determining and/or monitoring a physical or chemical process parameter in automation technology, having at least one microcontroller (6), having a supply unit (2) having restricted capacity as the primary power supply and having a detection circuit (1) that signals a failure of the supply unit (2) to the microcontroller (6) by means of a detection signal early enough so that there is sufficient time to undertake appropriate security measures to prevent a loss of data, wherein the detection circuit (1) is designed such that a reference voltage required for the detection of a voltage drop in the supply unit (2) has a nearly constant offset to the supply voltage of the supply unit (2) and remains adapted to the supply voltage until the detection circuit (1) puts a detection signal through to the microcontroller (6) in the case of an erratic exceeding of the reference voltage or of an erratic voltage drop in the supply voltage.

Description

Feidgerät zur Bestimmung und/oder Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße Feid device for the determination and / or monitoring of a physical or chemical process variable
Die Erfindung betrifft ein Feldgerät zur Bestimmung und/oder Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße in der Automatisterungs- technik mit zumindest einem Mikrokontroiler und mit einer Versorgungseinheit mit beschränkter Kapazität als primäre Versorgungsspannung für den Mikrokontroiler. Bei der Versorgungseinheit mit beschränkter Kapazität handelt es sich um eine Batterie, eine Brennstoffzelle oder einen Akku.The invention relates to a field device for determining and / or monitoring a physical or chemical process variable in the automation technology with at least one micro-controller and with a supply unit of limited capacity as the primary supply voltage for the micro-controller. The limited capacity supply unit is a battery, a fuel cell or a rechargeable battery.
Feldgeräte, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen dienen, werden in der Prozessautomatisierungstechnik ebenso wie in der Fertigungsautomatisierungstechnik vielfach eingesetzt. Zur Erfassung vonField devices that are used to detect and / or influence process variables are widely used in process automation technology as well as in factory automation technology. To capture
Prozessgrößen dienen Messgeräte, die jeweils mindestens einen Sensor und einen Messumformer aufweisen. Beispielsweise handelt es sich bei den Messgeräten um Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeits- messgeräte, etc., welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann.Process variables are used for measuring devices, each of which has at least one sensor and one transmitter. For example, the measuring devices are level measuring devices, flowmeters, pressure and temperature measuring devices, pH redox potential measuring devices, conductivity measuring devices, etc., which record the corresponding process variables level, flow, pressure, temperature, pH or conductivity. To influence process variables are actuators, such as valves or pumps, through which the flow of a liquid in a pipe section or the level can be changed in a container.
Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessreϊevante Informationen liefern oder verarbeiten. Neben den zuvor genannten Messgeräten/Sensoren und Aktoren werden als Feldgeräte allgemein auch solche Einheiten bezeichnet, die direkt an einem Feidbus angeschlossen sind und zur Kommunikation mit den übergeordneten Einheiten dienen, wie z.B. Remote I/Os, Gateways, Linking Devices und Wireless Adapters. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Endress + Hauser-Gruppe hergestellt und vertrieben.In principle, field devices are all devices that are used close to the process and that supply or process process-relevant information. In addition to the aforementioned measuring devices / sensors and actuators, field devices are generally also those units which are connected directly to a Feidbus and serve to communicate with the higher-level units, such as remote I / Os, gateways, linking Devices and Wireless Adapters. A large number of such field devices are manufactured and distributed by the Endress + Hauser Group.
In modernen Industrieanlagen sind Feidgeräte in der Regel über Feidbus- Systeme, wie z.B. (Profibus®, Foundation Fieldbus®, HART®, etc. mit übergeordneten Einheiten verbunden. Normalerweise handelt es sich bei den übergeordneten Einheiten um Leätsysteme bzw. Steuereinheiten, wie beispielsweise eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) oder einen PLC (Programmabie Logic Controller). Die übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte. Die von den Feldgeräten, insbesondere von Sensoren, erfassten Messwerte werden über das angeschlossene Bussystem an eine oder gegebenenfalls auch an mehrere übergeordnete Einheit(en) übermittelt. Daneben ist auch eine Datenüber- tragung von der übergeordneten Einheit über das Bussystem an dieIn modern industrial equipment, feeder devices are typically via feid-bus systems, such as, e.g. (Profibus®, Foundation Fieldbus®, HART®, etc. are connected to higher-level units.) Normally, the higher-level units are systems of units or control units, such as a PLC (Programmable Logic Controller) or a PLC (Programmable Logic Controller) Among other things, higher-level units are used for process control, process visualization, process monitoring and commissioning of field devices The measured values acquired by the field devices, in particular sensors, are transmitted via the connected bus system to one or possibly several higher-level units a data transmission from the higher-level unit via the bus system to the
Feldgeräte erforderlich; diese dient insbesondere zur Konfigurierung und Parametrierung von Feldgeräten oder zu Diagnosezwecken. Allgemein gesprochen, wird das Feldgerät über das Bussystem von der übergeordneten Einheit her bedient.Field devices required; this is used in particular for configuring and parameterizing field devices or for diagnostic purposes. Generally speaking, the field device is operated via the bus system from the higher-level unit.
Neben einer drahtgebundenen Datenübertragung zwischen den Feldgeräten und der übergeordneten Einheit besteht auch die Möglichkeit einer drahtlosen Datenübertragung. Zur Realisierung einer drahtlosen Datenübertragung sind Feldgeräte beispielsweise als Funk-Feldgeräte ausgebildet. Diese weisen in der Regel eine Funkeinheit und eine Versorgungseinheit als integraleIn addition to a wired data transmission between the field devices and the parent unit, there is also the possibility of wireless data transmission. For realizing a wireless data transmission, field devices are designed, for example, as radio field devices. These usually have a radio unit and a supply unit as integral
Bestandteile auf. Dabei können die Funkeinheit und die Versorgungseinheät in dem Feldgerät selbst oder in einem dauerhaft an dem Feldgerät angeschlossenen Funkmodul vorgesehen sein. Durch die Versorgungseinheit wird eine autarke Energieversorgung des Feldgerätes ermöglicht. Alternativ werden Feldgeräte ohne Funkeinheiten - also die heute im Feld installierte Basis - durch die Ankoppiung eines Wireless Adapters, der eine Funkeinheit aufweist, zu einem Funk-Fefdgerät aufgerüstet.Ingredients on. The radio unit and the Versorgungsseinheät can be provided in the field device itself or in a permanently connected to the field device radio module. The supply unit enables a self-sufficient power supply of the field device. Alternatively, field devices without radio units - that is, the base installed today in the field - are upgraded to a radio Fefdgerät by the Ankoppiung a wireless adapter that has a radio unit.
Bei autarken Feldgeräten, die über einen Mikrokontroller gesteuert werden, ist es üblich, eine Schaltung vorzusehen, die den Ausfall der Versorgungsspannung der Versorgungseinheit schnei! und zuverlässig detektiert. Hierdurch hat der Mikrokontroller die Möglichkeit, wichtige Parameter zu speichern, bevor auch eine sekundäre Versorgungseinheit ausfällt. Als sekundäre Versorgungseinheit wird üblicherweise ein Energiespeicher verwendet, der die Schaltungskomponenten des Feldgeräts nach dem Ausfall der Versorgungseinheit noch für eine begrenzte Zeit mit Spannung versorgen kann. Bekannte Schaltungsvarianten der Detektion eines sog. "Pre-Power- Fai!" sind resistive Spannungsteiler oder Lösungen in Form von integrierten Schaltkreisen, welche meist die Versorgungsspannung auf einen durch den Mikrokontroller detektierbaren Spannungswert skalieren und so den Ausfall messbar machen.In self-sufficient field devices, which are controlled by a microcontroller, it is customary to provide a circuit that cuts the failure of the supply voltage of the supply unit! and reliably detected. As a result, the microcontroller has the ability to save important parameters before a secondary supply unit fails. As secondary supply unit usually an energy storage is used, which can supply the circuit components of the field device after the failure of the supply unit for a limited time with voltage. Known circuit variants of the detection of a so-called. "Pre-power Fai!" are resistive voltage dividers or solutions in the form of integrated circuits, which usually scale the supply voltage to a detectable by the microcontroller voltage value and thus make the failure measurable.
Oftmals verwenden Mikrokontroller/CPUs an ihren Signaleingängen Schmitt- Trigger Stufen. Wird ein entsprechender Signaleingang benutzt, können kleinere Schwankungen, die sich u.U. aus der Skalierung der Versorgungsspannung mittels Spannungsteiler ergeben, nur ungenau gemessen werden. Hinzu kommen meist noch Toieranzen bei den Schmitt-Trigger-Schaltpegeln. Genauer und damit zuverlässiger ist die frühzeitige Detektion eines Ausfalls der Versorgungsspannung mittels eines Komparatoreinganges; jedoch ist diese Lösung bezüglich des Energieverbrauchs ungünstig.Often microcontroller / CPUs use Schmitt-Trigger stages at their signal inputs. If a corresponding signal input is used, minor fluctuations that may occur. resulting from the scaling of the supply voltage by means of voltage dividers, only inaccurately measured. In addition, there are usually Toieranzen at the Schmitt trigger switching levels. More accurate and therefore more reliable is the early detection of a failure of the supply voltage by means of a comparator input; however, this solution is unfavorable in terms of energy consumption.
Besondere Nachteile der Abskalierung der Versorgungsspannung ergeben sich bei batteriebetriebenen Geräten, also bei Geräten mit einer begrenzten Kapazität: Mit sinkender Batteriespannung wird auch die Spannung am Detektionseingang geringer. Deshalb muss bei der Festlegung der Detektionsschwelle von einer Mindestbatteriespannung ausgegangen werden. Dies wiederum bedingt nur einen geringen Abstand zwischen dem "gut"- und "schlecht"- (fail) Signalievel. A!s Folge hiervon ist diese Art der Detektion sehr störanfällig gegenüber Einkopplungen auf den Signalleitungen.Particular disadvantages of the scaling of the supply voltage arise in battery-operated devices, ie devices with a limited capacity: With decreasing battery voltage and the voltage at the detection input is lower. For this reason, a minimum battery voltage must be assumed when determining the detection threshold. This in turn requires only a small gap between the "good" and "bad" (fail) signal levels. As a result, this type of detection is very susceptible to interference from couplings on the signal lines.
Die Detektion eines Pre-Power-Faii über resistive Spannungsteiler oder auch über auf dem Markt erhältliche integrierte Schaltungen benötigt relativ viel Energie, wobei Energie insbesondere bei batteriebetriebenen Geräten sehr kostbar ist. Je niederohmlger der Teiler ausgelegt ist, desto höher ist der (Verlust-) Strom; je hochohmiger der Teiler ausgelegt ist, desto störanfälliger ist die Schaltung gegenüber Einkoppiungen.The detection of a pre-power device via resistive voltage dividers or also available on the market integrated circuits requires a relatively large amount of energy, with energy is very precious, especially in battery-powered devices. The lower the divider is designed, the higher the (loss) current; the higher the impedance of the divider is designed, the more susceptible is the circuit over Einkoppiungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Ausfall der primären Versorgungsspannung energiesparend, sicher und störunempfindlich zu detektieren.The invention has for its object to detect the failure of the primary supply voltage energy saving, safe and insensitive to interference.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Detektionsschaitung vorgesehen ist, die dem M tkro kontroller einen Ausfall der Versorgungseinheit so frühzeitig mitteis eines Detektionssignals signalisiert, dass ausreichend Zeit zur Verfügung steht, geeignete Sicherungsmaßnahmen zu ergreifen, um einen Verlust von Daten zu verhindern, wobei das Detektionssignal für einenThe object is achieved in that a detection circuit is provided, which signals to the microcontroller a failure of the supply unit so early in the course of a detection signal that sufficient time is available to take suitable precautionary measures to prevent a loss of data Detection signal for a
Spannungsabfall der Versorgungsspannung der Detektionsschaitung über ein Schaltungsteil auf einen zumindest näherungsweise konstanten Wert einstellbar ist und wobei die Detektionsschaitung so ausgebildet ist, dass eine für die Erzeugung eines Detektionssignals erforderliche Referenzspannung einen nahezu konstanten Abstand zur Versorgungsspannung aufweist und sich über einen vorgebbaren Zeitraum an die von der Vorsorgungseinheit zur Verfügung gestellte Versorgungsspannung anpasst, und dass im Falle des Unterschreitens dieser vorgegebenen Referenzspannung ein Detektionssignal an den Mikrokontroller ausgegeben wird.Voltage drop of the supply voltage of the detection circuit via a circuit part to an at least approximately constant value is adjustable and the detection circuit is formed so that a required for the generation of a detection signal reference voltage has a nearly constant distance to the supply voltage and over a predetermined period of the Provision supply unit provided supply voltage adapts, and that in the case of falling below this predetermined reference voltage, a detection signal is output to the microcontroller.
Erfindungsgemäß ist die Referenzspannung einstellbar und liegt in einem konstanten Abstand zur Versorgungsspannung, die von einer Versorgungs- einheit mit einer beschränkten Kapazität zur Verfügung gestellt wird. Beispielsweise handelt es sich bei der Versorgungsspannung um eine Batteriespannung. Hier wird bei alterungsbedingtem meist sehr langsamem Absinken der Batteriespannung auch die Referenzspannung entsprechend geringer. Somit läuft die Schaltschwelie der Detektionsschaltung, welche der Referenzspannung entspricht, mit der Batteriespannung mit. Daher äst das Ansprechverhalten der Detektionsschaltung in weiten Teilen unabhängig vom Zustand der Batterie bzw. der Versorgungseineinheit. Der Abstand des „guf- und „schlecht"- (fail) Signalpegels, sprich die Differenz der Versorgungs- Spannung zur Referenzspannung, ist einstellbar und im Normalbetrieb konstant. Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist der gegenüber bekannten Lösungen geringe Energieverbrauch.According to the invention, the reference voltage is adjustable and is at a constant distance from the supply voltage which is supplied by a supply unit with a limited capacity. For example, the supply voltage is a battery voltage. Here, with age-related usually very slow drop in battery voltage and the reference voltage is correspondingly lower. Thus, the switching threshold of the detection circuit corresponding to the reference voltage runs with the battery voltage. Therefore, the response of the detection circuit is largely independent of the state of the battery or the supply unit. The distance between the "guf" and "bad" (fail) signal levels, ie the difference between the supply voltage and the reference voltage, is adjustable and constant during normal operation.
Obwohl die erfindungsgemäße Detektionsschaltung bislang in Verbindung mit einem Feldgerät beschrieben ist, kann sie generell in Verbindung mit beliebigen Geräten eingesetzt werden, die von einer Versorgungseinheit mit einer begrenzten Kapazität gespeist werden.Although the detection circuit according to the invention has hitherto been described in connection with a field device, it can generally be used in conjunction with any devices which are supplied by a supply unit with a limited capacity.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts schlägt einen Spannungskonverter vor, der zwischen die Versorgungseinheit, die eine primäre Versorgungsspannung zur Verfügung stellt, und den Mikrokontroller geschaltet ist, wobei der Spannungskonverter die primäre Versorgungsspannung in eine auf den Mikrokontroller abgestimmte sekundäre Versorgungsspannung konvertiert.An advantageous embodiment of the field device according to the invention proposes a voltage converter, which is connected between the supply unit, which provides a primary supply voltage, and the microcontroller, wherein the voltage converter converts the primary supply voltage into a matched to the microcontroller secondary supply voltage.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass zu der Versorgungseinheit oder zu dem Spannungskonverter ein erster Energiespeicher im Nebenzweig nachgeschaltet ist, der bei Ausfall der Versorgungseinheit dem Mikrokontroiler genügend Energie zur Verfügung stellt, damit dieser geeignete Sächerungsmaßnahmen ergreifen kann, um den Verlust von Daten zu verhindern. Die gespeicherte Energie ist beispielsweise so bemessen, dass der Mikrokontroller noch nicht gespeicherte Daten abspeichern kann. Darüber hinaus sieht eine Weiterbildung des Feldgeräts vor, dass in Reihe mit der Versorgungseinheit oder in Reihe mit dem Spannungskonverter eine Diode in Sperrrichtung angeordnet ist, die, für den Fall, dass die Energieversorgungseinheit ausfällt, den Stromfluss aus dem ersten Energiespeicher in Richtung Spannungskonverter bzw. in Richtung Versorgungseinheit sperrt.Furthermore, it is proposed that a first energy store in the secondary branch be connected downstream of the supply unit or to the voltage converter, which provides the microcontroiler with sufficient energy in the event of a failure of the supply unit, so that it can take appropriate siding measures in order to prevent the loss of data. The stored energy is, for example, such that the microcontroller can store data that has not yet been stored. In addition, a development of the field device provides that a diode in the reverse direction is arranged in series with the supply unit or in series with the voltage converter, which, in the event that the power supply unit fails, the current flow from the first energy storage in the direction of voltage converter or in the direction of the supply unit blocks.
Bevorzugt ist das Schaitungsteil so ausgelegt ist, dass es einerseits einen zumindest näherungsweise konstanten Spannungsabfall erzeugt und andererseits den Stromfluss in Richtung der Versorgungseinheit unterbindet. Bei dem Schaltungsteil handelt es sich um zumindest eine Diode oder um mehrere in Reihe geschaltete Dioden. Alternativ handelt es sich bei dem Schaltungsteil um eine Reihenschaltung, bestehend aus einer Diode in Flussrichtung und einer Zehnerdiode in Sperrrichtung.Preferably, the circuit part is designed such that on the one hand it generates an at least approximately constant voltage drop and on the other hand it prevents the flow of current in the direction of the supply unit. The circuit part is at least one diode or a plurality of diodes connected in series. Alternatively, the circuit part is a series circuit consisting of a diode in the flow direction and a tens diode in the reverse direction.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass dem Schaitungsteil ein zweiter Energiespeicher im Nebenzweig nachgeschaltet ist, der im Normalfall auf ein vorbestimmtes Potential (B) aufgeladen ist, wobei das Potential (B) gegenüber dem Potential (A), das am Eingang des Schaltungsteils anliegt, um den Spannungsabfall des Schaltungsteils verringert ist.An advantageous embodiment provides that the Schaitungsteil a second energy store is connected downstream in the secondary branch, which is charged to a predetermined potential (B) in the normal case, the potential (B) relative to the potential (A), which is applied to the input of the circuit part, is reduced by the voltage drop of the circuit part.
Um sicherzustellen, dass im normalen Betriebsfall die Anpassung der Schaltschwelle (=Referenzspannung) zur Versorgungsspannung rasch genug erfolgt, wird vorgeschlagen, parallel zu dem zweiten Energiespeicher einen Widerstand zu schalten.In order to ensure that the adjustment of the switching threshold (= reference voltage) to the supply voltage takes place quickly enough in normal operating conditions, it is proposed to connect a resistor in parallel with the second energy store.
Darüber hinaus wird im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Feldgerät vorgeschlagen, dass in Reihe zu dem Schaitungsteil ein Schaltelement angeordnet ist, das so angesteuert wird, dass es bei Ausfall der Energieversorgungseinheit automatisch ein Signal an den Mikrokontrolier sendet, das diesem den Ausfall der Versorgungseinheit signalisiert. Bevorzugt handelt es sich bei dem Schaftelement um einen p-ieitenden Transistor mit Gate, Drain und Source, der im Normalfali sperrt, wenn also an dem Gate das Potential A und am Soruce das Potential B anliegt und das Potential A größer äst als das Potential B - also um einen p-teitendenIn addition, it is proposed in connection with the field device according to the invention that in series with the circuit part, a switching element is arranged, which is controlled so that it automatically sends a signal to the Mikrokontrolier in case of failure of the power supply unit, this signals the failure of the supply unit. The shaft element is preferably a p-type transistor with gate, drain and source, which blocks in the normal case, ie if the potential A is present at the gate and the potential B at the soruce and the potential A is greater than the potential B - So a p-side
Feldeffekttransistor. Ebenso kann jedoch auch ein geeigneter p-leitende bipolarer Transistor zum Einsatz kommen.Field effect transistor. Likewise, however, a suitable p-type bipolar transistor can also be used.
Im Falle des Einsatzes eines Feldeffekt-Transistors ist dieser so beschaltet, dass er leitend wird und dem Mikro kontroller durch ein Detektionssignal den Ausfall der Versorgungseinheit anzeigt, sobald infolge des Ausfalls der Versorgungseinheit das Potential A am Gate kleiner wird als das Potential B am Source.In the case of the use of a field effect transistor, this is connected so that it becomes conductive and the microcontroller indicates the failure of the supply unit by a detection signal as soon as the potential A at the gate is smaller than the potential B at the source due to the failure of the supply unit.
Als vorteilhaft wird es angesehen, wenn darüber hinaus an das Drain desIt is considered advantageous if, in addition to the drain of the
Transistors eine Zehnerdiode in Sperrichtung gegen Masse geschaltet ist, die das Signal, das an den Mikrokontroiler gesendet wird, auf einen Grenzwert reduziert, der innerhalb der Spezifikation des Mikrokontrollers liegt. Somit wird eine Beschädigung des MikrokontroHers vermieden.Transistor a reverse diode is connected in the reverse direction to ground, which reduces the signal that is sent to the Mikrokontroiler to a limit that is within the specification of the microcontroller. Thus, damage to the MikrokontroHers is avoided.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the following figures. It shows:
Fig. 1 : eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Detektions- schaltung,1 shows an advantageous embodiment of the detection circuit according to the invention,
Fig. 2: eine erste Ausfϋhrungsform des Schaltungsteils und2 shows a first embodiment of the circuit part and
Fig. 3: eine zweite Ausführungsform des Schaitungsteils. In Fig. 1 sind die für ein batteriebetriebenes Feldgerät notwendigen Komponenten 2, 3, 4, 5 mit Mikrokontroller 6 und die Detektionsschaltung 1 dargestellt. Die Detektionsschaltung 1 kann selbstverständlich auch einem Funkadapter, einem sog. Loca! Wireless Adapter, zugeordnet sein. Bei dem Feldgerät 7 handelt es sich um ein Gerät, wie es in der Beschreibungseinleitung der vorliegenden Patentanmeldung im Detail beschrieben ist.3 shows a second embodiment of the Schaitungsteils. In Fig. 1, necessary for a battery-powered field device components 2, 3, 4, 5 with microcontroller 6 and the detection circuit 1 are shown. The detection circuit 1 can of course also a radio adapter, a so-called. Loca! Wireless adapter, be assigned. The field device 7 is a device as described in detail in the introduction to the description of the present patent application.
Gespeist wird das Feldgerät 7 von der primären Versorgungseinheit 2, bei der es sich bevorzugt um eine Batterie handelt. Diese speist den Spannungs- konverter 3, welcher wiederum den Mikrokontroller 6 mit Spannung versorgt.The field device 7 is fed by the primary supply unit 2, which is preferably a battery. This feeds the voltage converter 3, which in turn supplies the microcontroller 6 with voltage.
Die Kapazität 5 dient als Energiespeicher und sorgt als Puffer im Falle des Ausfalls der primären Versorgungseinheit 2 dafür, dass der Mikrokontrolier 6 noch genügend Energie zur Verfügung hat, um geeignete Maßnahmen zum Sichern noch nicht gespeicherter Daten zu ergreifen. Die Diode 4 verhindert, dass sich der erste Energiespeicher 5, bei dem es sich üblicherweise um einen Kondensator handelt, über den Spannungskonverter 3 entlädt. Das Dazwischenschalten einer Diode 4 ist übrigens nicht bei allen Spannungskonvertern 3 nötig, so dass die Diode 4 auch ggf. entfallen kann.The capacity 5 serves as an energy store and, as a buffer in the event of failure of the primary supply unit 2, ensures that the microcontroller 6 still has enough energy available to take appropriate measures for securing data that has not yet been stored. The diode 4 prevents the first energy store 5, which is usually a capacitor, from discharging via the voltage converter 3. Incidentally, the interposition of a diode 4 is not necessary with all voltage converters 3, so that the diode 4 can also be omitted if necessary.
Die Detektionsschaltung 1 besteht im gezeigten Fall aus einem Widerstand 1.1 , einem Schaltungsteil 1.2, einem zweiten Energiespeicher 1.3 mit parallel geschaltetem Widerstand 1.4 im Nebenschluss, einem Schaltelement 1.5 und einer Zenerdiode 1.6. Optional sind bei dieser Schaltung der Widerstand 1.1 , der Widerstand 1.4 und die Zehnerdiode 1.6. So dient der Widerstand 1.1 beispielsweise beim Einsatz des Feldgeräts 7 im explosionsgefährdeten Bereich dafür, die verfügbare Energie so zu begrenzen, dass den geforderten Ex-Schutz-Bedingungen Genüge getan ist. Der zum zweiten Energiespeicher 1.3 parallel geschaltete Widerstand 1.4 ist so bemessen, dass die Selbstentladung des zweiten Energiespeichers 1.3 beschleunigt erfolgen kann und dass sich die Referenzspannung so schneller einem Abfall der Versorgungsspannung anpassen kann, sofern dieser nicht a!s Ausfall gedeutet werden soll. Weiterhin beschränkt die Zenerdiode 1.6 den Pegel des Detektionssignais, das bei Ausfall der Vorsorgungseinheit 2 an den Mikrokontroller 6 gesendet wird, auf einen Grenzwert, der innerhalb der Spezifikation des Mikrokontroliers 6 liegt. Liegt der Pegel des Detektions- Signals als solches bereits innerhalb der Spezifikation, so kann die Zehnerdiode 1.6 entfallen.In the case shown, the detection circuit 1 consists of a resistor 1.1, a circuit part 1.2, a second energy store 1.3 with a parallel-connected resistor 1.4 in shunt, a switching element 1.5 and a Zener diode 1.6. Optionally, in this circuit, the resistor 1.1, the resistor 1.4 and the Zener diode 1.6. For example, when using the field device 7 in the potentially explosive area, the resistor 1.1 serves to limit the available energy such that the required explosion protection conditions are satisfied. The resistor 1.4 connected in parallel with the second energy storage device 1.3 is dimensioned such that the self-discharge of the second energy storage device 1.3 can be accelerated and that the reference voltage can thus adapt more quickly to a drop in the supply voltage, provided this does not cause a failure should be interpreted. Furthermore, the zener diode 1.6 limits the level of the detection signal, which is sent to the microcontroller 6 in the event of failure of the supply unit 2, to a limit which is within the specification of the microcontroller 6. If the level of the detection signal as such already within the specification, so the Zener diode 1.6 can be omitted.
Die wesentlichen Komponenten der Detektionsschaltung 1 sind somit das Schaltungsteil 1.2, der zweite Energiespeicher 1.3 und das Schaltelement 1.5. Das Schaltungsteil 1.2 erzeugt einen konstanten Spannungsabfall bei gleichzeitiger Sperrung des Stroms in Richtung der Versorgungseinheit 2. Über z.B. die Anzahl oder Art der Dioden äst der gewünschte Spannungsabfall einstellbar. Wie in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt kann das Schaltungsteil 1.2 aus einer in Flussrichtung geschalteten Diode 8 (z.B. eine Si Diode) und einer nachgeschalteten Zenerdiode 9 bestehen, wobei die Zenerdiode 9 inThe essential components of the detection circuit 1 are thus the circuit part 1.2, the second energy storage 1.3 and the switching element 1.5. The circuit part 1.2 generates a constant voltage drop while simultaneously blocking the current in the direction of the supply unit 2. the number or type of diodes is the desired voltage drop adjustable. As shown in Fig. 2 and Fig. 3, the circuit portion 1.2 may consist of a forward-biased diode 8 (e.g., a Si diode) and a downstream Zener diode 9, with the zener diode 9 in
Sperrrichtung betrieben wird (Abb. 2). Alternativ kann das Schaltungsteil 1.2 aus einer Diode 10.1 bzw. mehreren Dioden (Si Dioden) 10.1 , 10.2, 10.3 bestehen, die in Flussrichtung betrieben werden (Abb. 3). Der näherungsweise konstante Spannungsabfall ergibt sich im Wesentlichen aus der Summe der Fiussspannungen der Dioden 10.1 , 10.2, 10.3, z.B. Si Dioden (Fig. 3) bzw. aus der Zenerspannung der Zenerdiode 9 summiert mit der Flussspannung einer Diode 8 (Si Diode). Welche Variante verwendet wird, richtet sich nach dem benötigten Spannungsabfall. Für größere Spannungsabfäile ist die Variante aus Diode 8 und Zenerdiode 9 (Fig. 2) zweckmäßiger.Reverse direction is operated (Fig. 2). Alternatively, the circuit part 1.2 may consist of a diode 10.1 or a plurality of diodes (Si diodes) 10.1, 10.2, 10.3, which are operated in the flow direction (FIG. 3). The approximately constant voltage drop results essentially from the sum of the fius voltages of the diodes 10.1, 10.2, 10.3, e.g. Si diodes (Fig. 3) and from the zener voltage of the Zener diode 9 summed with the forward voltage of a diode 8 (Si diode). Which variant is used depends on the required voltage drop. For larger Spannungsabfäile the variant of diode 8 and Zener diode 9 (Fig. 2) is more convenient.
Über den optionalen Widerstand 1.1 , der der Eingangsstrombegrenzung dient, und den Schaltungsteil 1.2 wird eine Kapazität 1.3 auf das Potential B aufgeladen. Nach dem Ladevorgang ist das Potential B um den Spannungs- abfall des Schaltungsteils 1.2 geringer als das Potential A an dem Widerstand 1.1. Das Potential A entspricht nun in etwa der Versorgungsspannung der Versorgungseinheit 2, da (fast) kein Strom mehr fließt. Insbesondere kann die Schaltung so dimensioniert werden, dass nur Leckströme der Kapazität 1.3 als Energieverlust auftreten. Daher ist der Energieverbrauch der Detektionsschaltung nahezu NuI!.Via the optional resistor 1.1, which serves for the input current limiting, and the circuit part 1.2, a capacitor 1.3 is charged to the potential B. After the charging process, the potential B is lower by the voltage drop of the circuit part 1.2 than the potential A at the resistor 1.1. The potential A now corresponds approximately to the supply voltage of the supply unit 2, since (almost) no current flows. In particular, the Circuit can be dimensioned so that only leakage currents of capacity 1.3 occur as energy loss. Therefore, the power consumption of the detection circuit is almost zero.
Nimmt die Versorgungsspannung der Versorgungseinheit 2, sprich derTakes the supply voltage of the supply unit 2, speak
Batterie, z.B. aufgrund von Alterung, langsam ab, so verringern sich auch die Potentiale A und B. Hierbei ist das Potential B aufgrund der Selbstentladung der Kapazität 1.3 automatisch um die jederzeit konstant bleibende Spannungsdifferenz des Schaltungsteils 1.2 geringer. Wie bereits gesagt, kann bei Bedarf die Selbstentladung durch Einfügen des Widerstandes 1.4 erhöht werden. So ist es möglich, die Reaktionsgeschwindigkeit der Detektionsschaltung 1 zu optimieren.Battery, e.g. due to aging, slowly from, so also the potentials A and B decrease. Here, the potential B due to the self-discharge of the capacitance 1.3 is automatically lower by the always constant voltage difference of the circuit part 1.2. As already stated, the self-discharge can be increased if necessary by inserting the resistor 1.4. It is thus possible to optimize the reaction speed of the detection circuit 1.
Bei dem Schaltelement 1.5 handelt es sich im gezeigten Fall um einen P- leitenden Feldeffekttransistor (PFET) 1.5, an dessen Gate G das Potential A und an dessen Source S das Potential B anliegt. Der PFET 1.5 sperrt unter der Bedingung, das das Potential A größer ist als das Potential B. Folglich liegt am Drain D, welches mit dem Detektionseingang 6.2 des Mikrokontrollers 6 verbunden ist, keine Spannung an.In the case shown, the switching element 1.5 is a P-type field-effect transistor (PFET) 1.5, to whose gate G the potential A and to whose source S the potential B is applied. The PFET 1.5 blocks under the condition that the potential A is greater than the potential B. Consequently, there is no voltage at the drain D, which is connected to the detection input 6.2 of the microcontroller 6.
Fällt die primäre Versorgungseinheit 2 plötzlich aus, so fällt das Potential A wegen der noch angeschlossenen Verbraucher, z.B. des Konverters 3 relativ schnell auf Null. Der Schaltungsteil 1.2 verhindert durch seine nun sperrende Diode / seine nun sperrenden Dioden, dass auch das Potential B auf Null abfällt. Das Potential B verringert sich nur sehr langsam auf Grund derIf the primary supply unit 2 fails suddenly, the potential A drops because of the still connected consumers, e.g. the converter 3 relatively quickly to zero. The circuit part 1.2 prevented by its now blocking diode / its now blocking diodes that also the potential B drops to zero. The potential B decreases only very slowly due to the
Selbstentladung der Kapazität 1.3 und bzw. der Kapazität 1.3 und des parallel geschalteten Widerstands 1.4. Somit ist Potential A bei Ausfall der Versorgungseinheit 2 viel geringer als Potential B. Als Folge hiervon wird das Schaltungselement 1.5, sprich der PFET, leitend.Self-discharge of the capacity 1.3 and / or the capacity 1.3 and the resistor 1.4 connected in parallel. Thus, if the supply unit 2 fails, potential A is much lower than potential B. As a result, the circuit element 1.5, that is to say the PFET, becomes conductive.
Am Detektionseingang 6.2 des Mikrokontrollers 6 Hegt die Spannung des ersten Energiespeichers 1.3, die ggf. durch die Zenerdiode 1.6 begrenzt ist. Diese Begrenzung limitiert die Eingangsspannung am Mikrokontroller 6 auf die max. zulässige Eingangsspannung des Mikrokontroliers 6. Der durchgestellte Spannungspegel, der dem Pegel der Referenzspannung entspricht, ist so groß, dass der Mikrokontroller 6 sicher einen positiven Impuls bzw. eine positive Flanke erkennt und auf dieses "Pre-Power-Faii" reagieren kann. Die Reaktion kann beispielsweise in der Auslösung eines Interrupts bestehen, der eine Sicherungsroutine startet, um wichtige Daten und Parameter in einen nicht-flüchtigen Speicher zu schreiben. At the detection input 6.2 of the microcontroller 6, the voltage of the first energy store 1.3, which may be limited by the zener diode 1.6, is present. This limitation limits the input voltage at the microcontroller 6 to the max. permissible input voltage of the microcontroller 6. The set voltage level, which corresponds to the level of the reference voltage, is so large that the microcontroller 6 reliably detects a positive pulse or a positive edge and can respond to this "pre-power fail". The response may be, for example, triggering an interrupt that starts a backup routine to write important data and parameters to a non-volatile memory.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Detektionsschaltung1 detection circuit
1.1 Widerstand1.1 resistance
1.2 Schaitungsteil1.2 circuit part
1.3 zweiter Energiespeicher / Kapazität / Kondensator1.3 second energy storage / capacity / capacitor
1.4 Widerstand1.4 resistance
1.5 Schaltelement1.5 switching element
2 primäre Versorgungseinheit / Batterie2 primary supply unit / battery
3 Spannungskonverter3 voltage converters
4 Diode4 diode
5 erster Energiespeicher / Kapazität / Kondensator5 first energy storage / capacity / capacitor
6 Mikrokontroller6 microcontroller
7 Feldgerät7 field device
8 Diode8 diode
9 Zehnerdiode9th diode
10.1 Diode10.1 diode
10.2 Diode10.2 diode
10.3 Diode 10.3 diode

Claims

Patentansprüche claims
1. Feldgerät zur Bestimmung und/oder Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße in der Automatisierungstechnik mit zumindest einem Mikrokontroller (6), mit einer Versorgungseinheit (2) mit beschränkter Kapazität als primäre Versorgungsspannung und mit einer Detektions- schaltung (1 ), die dem Mikrokontroiler (6) einen Ausfall der Versorgungs- einheit (2) so frühzeitig mittels eines Detektionssignais signalisiert, dass ausreichend Zeit zur Verfügung steht, geeignete Sicherungsmaßnahmen zu ergreifen, um einen Verlust von Daten zu verhindern, wobei die Detektions- schaltung (1 ) so ausgebildet ist, dass eine für die Detektion eines Spannungsabfalls der Versorgungseinheit (2) erforderliche Referenzspannung einen nahezu konstanten Abstand zur Versorgungsspannung der1. Field device for determining and / or monitoring a physical or chemical process variable in automation technology with at least one microcontroller (6), with a supply unit (2) with limited capacity as a primary supply voltage and with a detection circuit (1), the micro-controller (6) signals a failure of the supply unit (2) so early by means of a detection signal that sufficient time is available to take appropriate safeguards to prevent a loss of data, wherein the detection circuit (1) is formed in that a reference voltage required for the detection of a voltage drop of the supply unit (2) is at a virtually constant distance from the supply voltage of the
Versorgungseinheit (2) aufweist und sich solange an die Versorgungsspannung anpasst, bis die Detektionsschaltung (1 ) im Falle eines sprunghaften Unterschreitens der Referenzspannung bzw. eines sprunghaften Spannungsabfalls der Versorgungsspannung ein Detektionssignal an den Mikrokontroller (6) durchstellt.Supply unit (2) and as long as the supply voltage adapts until the detection circuit (1) in the event of a jump below the reference voltage or a sudden voltage drop of the supply voltage, a detection signal to the microcontroller (6).
2. Feldgerät nach Anspruch 1 , dass ein Spannungskonverter (3) zwischen die Versorgungseinheit (2), die eine primäre Versorgungsspannung zur Verfügung stellt, und den Mikrokontroller (6) geschaltet ist, wobei der Spannungskonverter (3) die primäre Versorgungsspannung in eine auf den Mikrokontroller (6) abgestimmte sekundäre Versorgungsspannung konvertiert.2. Field device according to claim 1, that a voltage converter (3) between the supply unit (2), which provides a primary supply voltage, and the microcontroller (6) is connected, wherein the voltage converter (3), the primary supply voltage in one on the Microcontroller (6) tuned secondary supply voltage converted.
3. Feldgerät nach Anspruch 1 oder 2, dass zu der Versorgungseinheit (2) oder zu dem Spannungskonverter (3) ein erster Energiespeicher (5) im Nebenzweig nachgeschaltet ist, der bei Ausfall der Versorgungseinheit (2) dem Mikrokontrolier /6) genügend Energie zur Verfügung stellt, damit dieser geeignete Sicherungsmaßπahmen ergreifen kann, um den Verlust von Daten zu verhindern.3. Field device according to claim 1 or 2, that to the supply unit (2) or to the voltage converter (3) a first energy store (5) is connected in the secondary branch, the failure of the supply unit (2) the Mikrokontrolier / 6) sufficient energy for So that it can take appropriate safeguards to prevent the loss of data.
4. Fefdgerät nach Anspruch 3, wobei in Reihe mit der Versorgungseinheit (2) oder in Reihe mit dem Spannungskonverter (3) eine Diode (4) in Sperrrichtung angeordnet ist, die, für den Fall, dass die Energieversorgungseinheit (2) ausfällt, den Stromfluss aus dem ersten Energiespeicher (5) in Richtung Spannungskonverter (3) bzw. in Richtung Versorgungseinheit (2) sperrt.4. Fefdgerät according to claim 3, wherein in series with the supply unit (2) or in series with the voltage converter (3) a diode (4) is arranged in the reverse direction, which, in the event that the power supply unit (2) fails, the Current flow from the first energy store (5) in the direction of the voltage converter (3) or in the direction of the supply unit (2) blocks.
5. Feldgerät nach Anspruch 1 , wobei das Schaftungsteil (1 ) so ausgefegt ist, dass es einerseits einen zumindest näherungsweise konstanten Spannungsabfall erzeugt und andererseits den Stromfluss in Richtung der Versorgungseinheit (2) unterbindet.5. Field device according to claim 1, wherein the shank part (1) is so swept that on the one hand generates an at least approximately constant voltage drop and on the other hand prevents the flow of current in the direction of the supply unit (2).
6. Feldgerät nach Anspruch 1 oder 5, wobei es sich bei dem Schaltungsteil (1 ) um zumindest eine Diode oder um mehrere in Reihe geschaltete Dioden handelt.6. Field device according to claim 1 or 5, wherein the circuit part (1) is at least one diode or a plurality of diodes connected in series.
7. Fefdgerät nach Anspruch 1 oder 5, wobei es sich bei dem Schaltungsteil um eine Reihenschaltung, bestehend aus einer Diode in Flussrichtung und einer Zehnerdiode in Sperrrichtung, handelt7. Fefdgerät according to claim 1 or 5, wherein it is the circuit part to a series circuit consisting of a diode in the flow direction and a tens diode in the reverse direction, is
8. Feldgerät nach Anspruch 1 , 6 oder 7, wobei dem Schaltungsteil ein zweiter Energiespeicher im Nebenzweig nachgeschaftet ist, der im Normalfall auf ein vorbestimmtes Potential (B) aufgeladen ist, wobei das Potential (B) gegenüber dem Potential (A), das am Eingang des Schaltungsteils anliegt, um den Spannungsabfall des Schaltungsteils verringert ist.8. Field device according to claim 1, 6 or 7, wherein the circuit part a second energy store is nachgeschaftet in the secondary branch, which is normally charged to a predetermined potential (B), wherein the potential (B) against the potential (A), the am Input of the circuit part is applied to the voltage drop of the circuit part is reduced.
9. Feldgerät nach Anspruch 8, wobei parallel zu dem zweiten Energiespeicher (1.3) ein Widerstand (1.4) geschaltet ist, der so bemessen ist, dass im Falle eins Ausfalis der Versorgungseinheit (2) die Selbstentladung des zweiten Energiespeichers (1.3) beschleunigt erfolgt.9. Field device according to claim 8, wherein parallel to the second energy store (1.3), a resistor (1.4) is connected, which is dimensioned such that in the case one Ausfalis the supply unit (2) the self-discharge of the second energy storage (1.3) is accelerated.
10. Feldgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Reihe zu dem Schaltungsteil (1 ) ein Schaltelement (1.5) angeordnet ist, das so angesteuert wird, dass es bei Ausfall der Energieversorgungseinheit (2) automatisch ein Signal an den Mikrokontroller (6) sendet, das diesem den Ausfall der Versorgungseinheit (2) signalisiert.10. Field device according to one or more of the preceding claims, wherein in series with the circuit part (1) a switching element (1.5) is arranged, which is controlled so that it automatically fails in case of failure of the power supply unit (2) a signal to the microcontroller (6 ), which signals the failure of the supply unit (2).
11. Feldgerät nach Anspruch 10, wobei es sich bei dem Schaltelement (1.5) um einen Transistor mit Gate (G), Drain (D) und Source (S) handelt, der im Normalfall sperrt, wenn also an dem Gate (G) das Potential (A) und am Source (S) das Potential (B) anliegt und das Potential (A) größer ist als das Potential (B).11. Field device according to claim 10, wherein the switching element (1.5) is a transistor with gate (G), drain (D) and source (S), which normally blocks, that is to say at gate (G) Potential (A) and the source (S), the potential (B) is applied and the potential (A) is greater than the potential (B).
12. Feldgerät noch Anspruch 10 oder 11 , wobei das Schaltelement (1.5) bzw. der Transistor leitend wird und dem M ikro kontra Her (6) durch ein Detektionssignal den Ausfall der Versorgungseinheit (2) anzeigt, sobald infolge des Ausfalls der Versorgungseinheit (2) das Potential (A) am Gate (G) kleiner wird als das Potential (B) am Source (S).12. Field device according to claim 10 or 11, wherein the switching element (1.5) or the transistor is conductive and the M ikro contra Her (6) by a detection signal indicates the failure of the supply unit (2) as soon as a result of the failure of the supply unit (2 ) the potential (A) at the gate (G) becomes smaller than the potential (B) at the source (S).
13. Feldgerät nach Anspruch 1 , 11 oder 12, wobei es sich bei dem Transistor (1.5) um einen Feldeffekt-Transistor oder um einen bipolaren Transistor handelt.13. Field device according to claim 1, 11 or 12, wherein the transistor (1.5) is a field-effect transistor or a bipolar transistor.
14. Feldgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Reihe mit dem Drain (D) des Transistors (1.5) eine Zehnerdiode (1.6) nach Masse geschaltet ist, die das Detektionssignai, das an den Mikrokontroller (6) gesendet wird, auf einen Grenzwert reduziert, der innerhalb der Spezifikation des Mikrokontrolters (6) liegt. 14. Field device according to one or more of the preceding claims, wherein in series with the drain (D) of the transistor (1.5), a Zener diode (1.6) is connected to ground, the Detektionssignai which is sent to the microcontroller (6) on reduces a limit that is within the specification of the microcontroller (6).
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